新型生物质燃烧机冷态流场特性和热态实验
摘要：对端面旋流进风结构的新型生物质燃烧机进行了冷态流场特性和热态中试实验，冷态实验结果表明：端面旋流进风结构能获得对称、均匀的流场，燃烧器的进、出口结构对燃烧器内压力场和流场分布影响很大；出口直径的大小决定中心回流区域的大小；环形叶片进口位置的变化对燃烧器内流场的影响集中在燃烧器头音热态实验表明，当煤粉粒径小于Q 2 mm时，燃烧器内温度可达1 600℃，能实现顺利排渣，系统运行可靠
找国是煤炭的生产与消费大国，一次能源生产中，煤炭占7铴，石油和天然气较缺乏预计到2010年煤炭在一次能源生产和消费中占6%左右。到2050年，煤炭比重不会低于ScVo：我国政府在《关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的说明》中指出：“必须下大力气调整能源结构，节约石油消耗，大力发展洁净煤燃烧技木”¨！目前，我国工业窑炉数量众多，大部分以煤为主要燃料，普遍存在热效率低运行条件差和烟尘排放高等问题基于旋风燃烧技术的液排渣燃烧器能提供含尘量极低的洁净火焰，因而可对燃油工业窑炉进行以煤代油改造以及对老式燃煤工业窑炉进行技术改造，能解决燃油锅炉的运行成本和燃煤工业窑炉烟尘排放高等问题。应用前景广阔。液排渣燃烧器进风方式和出口结构对其流场的分布影响非常大。从而影响燃烧状况和灰渣的捕集前人研究表明，采用切向或类似进风结构时。燃烧器内流场严重畸形[p 5 1为了获取较对称的流场，本文在进风方式采取端面旋流进风结构的前提下，通过调整进口叶片直径和缩口出口直径两个主要结构参数，对该燃烧器进行冷态流场特性以及热态中试实验研究，同时从回流率分布的角度来分析轴向速度分布对燃烧状况和灰渣捕集的影响。
1冷态实验装置及测试原理
实验装置如图1所示。燃烧器模型由有机玻璃制成，燃烧筒内径D= 400 mm，长1= 600 mm，出口直径为DoUt (D。。．=300 mm，200 mm，100 mm)，进口叶片节圆直径为Di。．(D．。t_380 mm，300 mm, 220 mm，150mm)实验时。叶片与燃烧器轴线夹角和二次风流量保持不变。Dout变化时，Di。．=380mm不变：Di。．变化时，Do。．=220 mm不变利用五孔探针测量三维速度场原理【61，由五孔探针感受测点压力信号经压力传感器、A /D-D／A转换器放大器、数据采集板，通过计算程序处理，将三维速度分解并存入数据文件
2冷态实验结果及分析
2 1燃烧筒内压力场的分布
由图2 3知，在同一工况下。各截面压力分布有较好的相似性和对称性，在燃烧器轴线附近存在反轴向压力梯度的负压区，导致中心回流。压力峰值在壁面附近影响压力分布的圭要因素是出口直径f图2），当出口直径较小时(DoUt /D=Q 25)，燃烧器内压力迅速增大，轴线附近径向压力梯度很大，使得径向速度值在此处也很大
2 2速度场的分布
2 2.1径向速度的分布
如图4 5所示，径向压力梯度决定径向速度分布，在靠近壁面和轴线处。速度值变化较大气流径向混合2002年8月强烈，使颗粒碰撞机会增加，煤粉可燃烧径向速度值与轴向速度具有相同的数量级，不可忽略
2 2.2切向速度的分布
切向速度分布如图6 7所示，进口条件一定时。出口直径对切向速度影响的主要区域在出口半径范围内，速度峰值位于r等于出口半径处，但是在靠近壁面处亦存在一峰值在轴线附近切向速度的线性分布。由旋转流体有核旋涡模型一一旋涡内速度分布服从u=C rf≤r。河解释出口直径一定时，不同进口条件下，在近壁面处切向速度值随D。．减小而减小，这是由于自由射流速度值随行程的增大逐步衰减的缘故
2 2.3轴向速度的分布
轴向速度分布基本上关于轴线对称，主气流区环室回流区、出口气流区和中心回流区分布明显。由图8 9可以比较各工况各气流区的位置，区域大小和深度，不同工况下环室回流均存在。且几乎贯穿整个燃烧室，这是采用轴向旋流进风结构燃烧器与传统液排渣燃烧器在流场分布上的主要区别。出口直径变化对流场的影响集中在轴线和出口附近。随出口直径增大。中心回流区向壁面扩大，出口气流峰值也向壁面移动；随进口直径减小时。流场对称性比较好，在燃烧器前部，环室回流区向轴线移动。区域变大因此从流场结构来看，进口直径大小影响燃烧器头部环室回流区的分布，出口直径影响出口处中心回流区的大/J、）
2 3环室回流率和中心回流率的影响因素
环室回流率、中心回流率的大小对燃烧状况和灰渣的捕集影响很大。回流率的大小由回流区的大／J＼回流区内轴向逮度大小以及回流区在径向的位置来决定环室回流率的增大延长了煤粉颗粒在燃烧器内的飞行时间，因而对燃烧和提高捕渣率均有利，而中心回流率则要分燃烧的两阶段来讨论着火阶段，燃烧器头部中心回流率的增大对煤粉着火有利。而稳燃后，由于燃烧器中心回流气流主要由出口的卷吸气流组成
3热态实验
热态实验在韶关铸锻厂进行陵置如图14、燃烧器结构选用Di。．／脏0.95．Do。．/D=0.5，一二次风均从端面环形叶栅引入在燃烧低灰熔点的山西大同混煤（T≤1400℃1，煤粉粒径小于Q 2 mm时，可顺利排渣，且燃烧器内温度达1 600℃以上
4结论
11采取端面旋流进风结构的生物质燃烧机能产生均匀对称的流场，环室回流在各工况下均存在，且几乎贯穿整个燃烧器，径向速度值与轴向速度值具有相同的数量级，不可忽略
21燃烧器进、出口直径对燃烧器内压力琢速度场分布影响很大进口直径大小决定中心回流区域的大小；出口直径减小能增大环室回流率，有利于灰渣的捕集，但阻力增大进口直径的减小能使流场更对称，且能增大燃烧器头部环室回流率，育利于灰渣的捕集，但相应中心回流率也增大很快。在稳燃后对燃烧不利。
31热态实验在燃烧粒径小于0.2 mru的低灰熔点煤种时，能顺利排渣，燃烧器内温度可达1 600℃。
